電場(chǎng)力作用下物理問題的有效突破

王貽波

【內(nèi)容摘要】帶電物體在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)情境多種多樣。高中物理授課中應(yīng)為學(xué)生認(rèn)真講解電場(chǎng)力基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生更好地把握電場(chǎng)力的性質(zhì)、對(duì)帶電物體做功的規(guī)律等，尤其注重優(yōu)選精講典型，為學(xué)生展示不同題型的有效突破思路。

【關(guān)鍵詞】電場(chǎng)力物理問題突破

電場(chǎng)力是一種特殊的力，其方向的判斷以及大小的計(jì)算遵循特定的規(guī)律。為幫助學(xué)生突破不同情境下的物理問題，應(yīng)注重為學(xué)生展示相關(guān)題型的解題思路，幫助學(xué)生理清電場(chǎng)力與已學(xué)知識(shí)之間的區(qū)別與聯(lián)系，使其掌握相關(guān)的破題技巧。

一、電場(chǎng)力下物體平衡問題的突破

如圖1所示，A、B為兩個(gè)可看為質(zhì)點(diǎn)的帶異種電荷的小球。靜止時(shí)絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角分別為α、β，滿足α<β，且兩小球處在同一水平線上，則（）

A.B球受到的庫侖力較大，電荷量較大

B.B球的質(zhì)量較大

C.B球受到的拉力較大

D.兩球接觸后再分開，再次處于靜止?fàn)顟B(tài)，懸線偏角仍滿足α′<β′

兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的電場(chǎng)力可運(yùn)用庫侖定律計(jì)算。其方向沿點(diǎn)電荷之間的連線，遵循同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引原則。在掌握這一規(guī)律后，便可運(yùn)用已學(xué)的受力分析知識(shí)，突破相關(guān)習(xí)題。

針對(duì)該題A項(xiàng)，兩個(gè)小球受到的庫侖力是等大反向的，無從得知哪個(gè)電荷量較大，錯(cuò)誤。B項(xiàng)，分別對(duì)A、B兩個(gè)小球進(jìn)行受力分析，易得mAg=F庫tanα、mBg=F庫tanβ，由α<β，則mA>mB，錯(cuò)誤。C項(xiàng)，由平衡條件可得FA拉=F庫sinα、FB拉=F庫sinβ，則FB拉較小，錯(cuò)誤。D項(xiàng)，設(shè)兩小球再次平衡時(shí)產(chǎn)生的庫侖力為F′庫，則受力分析可得tanα′=F′庫mAg、tanβ′=F′庫mBg，而mA>mB，則α′<β′，正確。

點(diǎn)評(píng)：分析電場(chǎng)力下物體平衡問題，可根據(jù)電場(chǎng)力的計(jì)算公式將其看成一個(gè)恒力，而后運(yùn)用力的合成法則，結(jié)合相關(guān)的幾何知識(shí)加以突破。

二、電場(chǎng)力下參數(shù)定性判斷的突破

靜電場(chǎng)在x軸上的場(chǎng)強(qiáng)E隨x的變化關(guān)系如圖2所示，設(shè)x軸正方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)正方向，帶正電的點(diǎn)電荷沿x軸運(yùn)動(dòng)，則點(diǎn)電荷（）

A.在x2與x4受到相等的電場(chǎng)力

B.從x2運(yùn)動(dòng)到x4電勢(shì)能保持不變

C.從x1運(yùn)動(dòng)至x4的過程中電場(chǎng)力先減小后增大

D.從x1運(yùn)動(dòng)至x4的過程中電場(chǎng)力先增大后減小

電場(chǎng)力下對(duì)電場(chǎng)力、電勢(shì)能、電場(chǎng)強(qiáng)度等進(jìn)行定性分析時(shí)，應(yīng)掌握電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化之間的關(guān)系。同時(shí)，電

場(chǎng)強(qiáng)度的判斷則主要依據(jù)電場(chǎng)線的疏密。突破該題需要深刻的理解題意，搞清楚電場(chǎng)強(qiáng)度E正負(fù)表示的含義，即，其只表示方向是否和約定的方向是否一致。

A項(xiàng)，在x2與x4場(chǎng)強(qiáng)E的大小相等，方向均沿x軸負(fù)方向，因此，點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力相等，正確。B項(xiàng)，點(diǎn)電荷從x2運(yùn)動(dòng)到x4的過程中電場(chǎng)力始終做負(fù)功，電勢(shì)能增加，錯(cuò)誤。D項(xiàng)，點(diǎn)電荷從x1運(yùn)動(dòng)至x4的過程中可知E先變大后變小，因此，點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力先增大后減小，正確。綜上可知AD兩項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng)：突破該題的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確、深入的識(shí)圖，能夠從圖中充分挖掘隱含條件，認(rèn)真分析引起圖線變化的內(nèi)在因素，確定相關(guān)因素的作用規(guī)律。

三、電場(chǎng)力下參數(shù)定量計(jì)算的突破

如圖3所示，一忽略重力的帶電粒子，以v0的初速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過b點(diǎn)，且Oa=Ob。若撤掉磁場(chǎng)，添加一個(gè)和y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，仍v0的初速度進(jìn)入電場(chǎng)，粒子軌跡仍可經(jīng)過b點(diǎn)，則電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為（）

A.v0B.1C.2v0D.v02

勻強(qiáng)電場(chǎng)下電場(chǎng)力的計(jì)算可運(yùn)用公式F=qE，其方向和正電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力方向一致。突破粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)注重聯(lián)系所學(xué)的平拋運(yùn)動(dòng)相關(guān)規(guī)律，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的方程。

根據(jù)已知條件可設(shè)Oa=Ob=d，則由粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，qv0B=mv02r，由幾何知識(shí)可得r=d，易得B=mv0qd。將磁場(chǎng)更換為電場(chǎng)后，粒子在水平方向以v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)。沿電場(chǎng)方向受到的電場(chǎng)力為F=qE，在豎直方向上有qE=ma，要想其仍經(jīng)過b點(diǎn)，則在水平方向上應(yīng)滿足v0t=d，在豎直方向上應(yīng)滿足d=12at2，聯(lián)立得到E/B=2v0，選擇C。

點(diǎn)評(píng)：突破該題的關(guān)鍵在于對(duì)物體在不同力作用下的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并認(rèn)真回顧相關(guān)的模型，結(jié)合“粒子軌跡仍可經(jīng)過b點(diǎn)”進(jìn)行解答。

四、電場(chǎng)力作用下能量問題的突破

如圖4所示，在一勻強(qiáng)電場(chǎng)中固定一斜面，電場(chǎng)方向與斜面平行且向下，一帶正電的物體以初動(dòng)能200J從斜面底端向上運(yùn)動(dòng)。第一次經(jīng)斜面A點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減少了160J，機(jī)械能減少了100J，電勢(shì)能增加了80J，則（）

A.返回斜面底端時(shí)的動(dòng)能為150J

B.返回斜面底端時(shí)的動(dòng)能為160J

C.從底端到第一次經(jīng)過A點(diǎn)，摩擦力對(duì)物體做的功為-20J

D.返回斜面底端時(shí)，克服摩擦力做的功為40J

該習(xí)題考查了電場(chǎng)力做功、機(jī)械能、電勢(shì)能等知識(shí)，具有一定的綜合性。解答該題需要搞清楚電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能之間的關(guān)系，明確能量的轉(zhuǎn)化去路，并注重運(yùn)用能量守恒定律進(jìn)行分析。

根據(jù)已知條件電勢(shì)能增加了80J，表明電場(chǎng)力做功-80J;機(jī)械能減少了100J，其一部分轉(zhuǎn)化成了電勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)化了熱能，即，摩擦力做的功為-20J。到達(dá)A點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減少了160J，該部分能量還有一部分轉(zhuǎn)化成重力做的功，即，重力做功的功為-60J。根據(jù)“功”的相關(guān)知識(shí)，物體上升的過程中摩擦力、重力、電場(chǎng)力做功之比為1：3：4。則物體達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)摩擦力總的功應(yīng)為-1/8Ek=1/8×200J=-25J。則物體從最高點(diǎn)返回到最低點(diǎn)時(shí)摩擦力做的總功為-50J，其在最低點(diǎn)具備的動(dòng)能還有200J-50J=150J。綜上分析正確答案為AC。

點(diǎn)評(píng)：突破該題的關(guān)鍵在于深入理解機(jī)械能、重力勢(shì)能、重力做功、摩擦力做功、電力做功之間的關(guān)系。同時(shí)，結(jié)合對(duì)題意的深入把握，確定重力做功、摩擦力做功、電力做功的比例關(guān)系。

結(jié)語

高中物理教學(xué)中，為使學(xué)生能夠巧妙的突破電場(chǎng)力作用下的物理問題，應(yīng)注重為學(xué)生深入細(xì)致的講解不同電場(chǎng)的特點(diǎn)以及電場(chǎng)力計(jì)算公式，使其切實(shí)打牢基礎(chǔ)，把握電場(chǎng)力本質(zhì)。同時(shí)優(yōu)選精講相關(guān)例題，并通過給予不同例題針對(duì)性的點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生掌握相關(guān)的解題細(xì)節(jié)，積累相關(guān)的突破技巧，在解題中能夠融會(huì)貫通，靈活應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]于曉敏，曹軍杰.以“電場(chǎng)強(qiáng)度”為例談高中物理規(guī)律的教學(xué)[J].新課程教學(xué)（電子版），2020（2）：41.

[2]張鵬.例談高中物理電場(chǎng)及靜力問題解題的思路和方法[J].家長(zhǎng)，2021（3）：149-150.

[3]梁銀賢.分析高中物理電場(chǎng)及靜力問題解題的思路與方法[J].高考，2020（12）：162.

[4]王旭.分析高中物理電場(chǎng)及靜力問題解題的思路與方法[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2019（04）：93.

[5]彭少揚(yáng).高中物理電場(chǎng)及靜力問題解題的思路與方法[J].物理教學(xué)探討，2018，36（1）：22-24.

（作者單位：青島西海岸新區(qū)第六初級(jí)中學(xué)）